2023-12-26 00:00:00
En novembre 1915, Albert Einstein Il vivait l’un des moments forts de sa carrière de scientifique en présentant son célèbre Théorie de la relativité avant le Académie prussienne des sciences, À Berlin. Quatre ans plus tard, le 29 mai 1919, la science du XXe siècle atteint son apogée avec la confirmation de cette théorie.
Cependant, vos premiers articles, où il a incorporé les premières pensées relativistes dans le monde scientifique, remontent à 1905, publiées alors que le physicien n’avait que 26 ans. Et si vous pouviez avoir une copie de ces textes entre vos mains dès maintenant, vous seriez surpris par le facilité de lecture. Le texte est simple et les équations n’excèdent pas la complexité que peuvent poser quelques problèmes d’algèbre mathématique.
C’est parce qu’Einstein avait un façon de penser très visuelle, avec une méthode qui consistait à poser de petits problèmes mentaux et à les résoudre dans son esprit, exprimant ainsi les idées plus clairement. Un exemple de ce processus de développement est son célèbre paradoxe des jumeaux.
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Dans son intégralité, Einstein a développé deux théories: Relativité Générale, liée au champ gravitationnel et aux systèmes de référence, et Relativité Restreinte, davantage liée à la physique du mouvement en fonction de l’espace-temps. Dans l’ensemble, leurs travaux ont complètement changé la vision de l’Univers et de nombreux phénomènes et concepts tels que le temps, l’espace et la gravité.
Ainsi, même si cela peut être difficile à comprendre et un peu effrayant à affronter, il est possible de le simplifier en une série de points clés qui rassemblent ses résultats et les rendent accessibles à tous ceux qui le souhaitent. Nous vous présentons donc les cinq points essentiels pour enfin comprendre la théorie de la relativité.
LA VITESSE DE LA LUMIÈRE EST ABSOLUE
L’un des points clés de la théorie de la relativité stipule que la lumière se propage toujours à 300 000 km/s quel que soit le système de référence à partir duquel nous observons. Qu’est-ce que cela signifie exactement ? Einstein illustre cela d’une manière très simple avec l’un de ses jeux mentaux.
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Posez une personne à bord d’un train circulant à 100 km/h. Parallèlement, un autre individu circule dans un autre train dans le même sens, mais celui-ci à 90 km/h. Ainsi, pour l’observateur du deuxième train, le premier ne roule qu’à 10 km/h, et non à 100 km/h, ce qui serait ce qu’il observerait si, brusquement, son train s’arrêtait. C’est-à-dire la vitesse à laquelle vous voyez le premier train dépend si votre système de référence est arrêté ou en mouvement. Eh bien, avec la lumière, ce n’est pas vrai.
Einstein déclare que, peu importe d’où vous regardez, que vous soyez en mouvement ou non, vous verrez toujours la lumière se déplacer à la même vitesse : 300 000 km/s. Appliqué à votre propre jeu, nous aurions que la personne dans le premier et le deuxième train verraient la lumière se déplacer à la même vitesse. Ainsi, la théorie de la relativité pose la lumière comme invariablec’est-à-dire une quantité toujours constante.
université de Princeton
LE TEMPS EST RELATIF
Un autre résultat majeur de cette théorie est que le temps, contrairement à la vitesse de la lumière, ce n’est pas absolu et dépendra du mouvement des observateurs. Autrement dit, deux événements qui semblent simultanés du point de vue d’une personne peuvent ne pas l’être du point de vue d’une autre personne. Et le plus curieux dans tout ça, c’est que ils auraient tous les deux raison.
Pour le comprendre, Einstein récupère l’exemple mental des trains. Il s’agit cette fois d’un premier individu se tenant à côté des voies au passage d’un train. Puis, juste au moment où la voiture du milieu se trouve devant lui, la foudre frappe la première et la dernière voiture. Comme il se trouve à moyenne distance des deux événements, sa lumière atteint l’œil en même temps et il peut affirmer sans erreur que les deux rayons se sont heurtés. en même temps.
Maintenant, pour une autre personne assise dans ce même wagon central, à l’intérieur du train, les choses seraient très différentes, mais tout aussi vraies. Et de leur point de vue, les rayons parcourraient également la même distance mais, en raison du mouvement relatif du train, la lumière provenant du faisceau situé dans la queue atteindrait l’observateur plus tard. Cette personne dira donc, sans se tromper non plus, que la foudre a frappé à différents moments.
Cette idée est très peu intuitif, puisqu’il s’agit d’un raisonnement apparemment contradictoire, mais ce n’est pas le cas. Un autre exemple très utile de cette appréciation relative du temps qui passe est le paradoxe des jumeaux, un peu plus compliqué, mais tout aussi curieux.
LE TEMPS ET L’ESPACE NE SONT PAS INDÉPENDANTS
Entre autres concepts, la théorie de la relativité souligne qu’il est important redéfinir les notions d’espace et de tempspuisqu’ils ne sont pas des termes indépendants, mais sont combinés en un seul appelé espace-temps. C’est comme si les deux concepts étaient des compagnons inséparables : ce qui arrive à l’un affectera l’autre.
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Einstein dans un de ses cours
Cette affirmation était, pour Einstein, une conséquence évidente de la relativité du temps : si un événement, comme la foudre qui frappe le train, se produit à un moment différent selon la position dans laquelle se trouve chaque personne, les deux concepts doivent être ensemble. De cette façon, aucun des deux ne peut être traité indépendamment à l’autre.
Selon les mots du physicien lui-même : « J’appuie Minkowski en ce sens que désormais, l’espace et le temps séparément sont destinés à s’effacer dans l’ombre et que seule une union des deux peut être obtenue. une partie de la réalité».
LA MASSE EST ÉQUIVALENTE À L’ÉNERGIE
Connaissez-vous la fameuse équation E=mc2? Eh bien, c’est probablement le résultat le plus populaire de la théorie de la relativité. De plus, sur le plan scientifique, ce fut une étape importante car, avec cette équation simple et élégante, Einstein a réussi à rassembler deux conclusions étonnantes.
Tout d’abord, il affirme que le l’énergie et la masse sont liées et qu’ils peuvent devenir, pratiquement, équivalents. À titre d’exemple illustratif, le physicien vous demande d’imaginer un objet qui émet deux impulsions lumineuses dans des directions opposées. Comme chaque impulsion transporte une certaine quantité d’énergie, l’énergie propre de l’objet diminue, à mesure qu’il la cède à ces impulsions. Eh bien, Einstein a déterminé grâce à des formules algébriques que, pour que cela soit cohérent, l’objet devrait également perdre de la masse. Autrement dit, l’énergie et la masse seraient directement liées.
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D’autre part, de manière plus profonde, dans cette équation réside la clé qui explique un autre résultat de grande importance : Pourquoi est-il impossible pour un objet en mouvement d’atteindre la vitesse de la lumière ?. Et, selon l’équation, si cela devait se produire, la masse de l’objet devrait être infinie, ce qui nécessiterait, selon ce qui précède, une énergie infinie, ce qui est impossible. Il est donc stipulé que seuls les objets sans masse, ou plutôt les ondes de masse nulle, pourront atteindre des vitesses similaires à celle de la lumière.
LA GRAVITÉ EST SIMPLEMENT UNE DÉFORMATION
Si toute cette théorie repose déjà sur des concepts peu intuitifs et presque surréalistes, la conception et la définition d’Einstein de la gravité comme point final de la théorie de la relativité semblent tirées d’une des histoires de Kafka. Et c’est ça, il dit que l’espace-temps n’est pas platmais est déformé par les objets qui s’y trouvent.
ESA / C Carreau
Graphique représentatif de la gravité en tant que courbure de l’espace-temps
Imaginez donc un grand tissu tenu en l’air et étiré horizontalement. Si on lui lance une petite balle, elle coulera un peu. Maintenant, si nous plaçons une pelote beaucoup plus grosse un peu plus loin, elle courbera beaucoup plus le tissu, de sorte que la pelote plus petite se déplacera vers elle en raison de l’inclinaison du tissu provoquée par la seconde. Eh bien, c’est ce qui, selon Einstein, se produit dans l’Univers. Nous ou les objets que nous manipulons serions ces petites boules qui courbent à peine le tissu, tandis que, par exemple, la Terre serait cette grosse boule qui déforme fortement le tissu et nous y attire.
Einstein a ainsi clôturé la théorie de la relativité en affirmant que la gravité n’était pas une force, mais une conséquence de la courbure du plan de l’espace-temps et du fait de laisser sur la table l’un des résultats les plus importants de la physique tout au long du 20ème siècle et, probablement, marquant avec eux la science du 21ème.
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